锂（离子）电池中使用的传统电解质是由有机溶剂和锂盐组成的，这些电解质溶液与锂电极有较高的反应活性，易泄漏，易燃烧，使用寿命不够长。最近 20 年世界各国投入大量的人力物力来开发固体聚合物电解质（SPE）。这类电解质是锂盐在某些高聚物如 PEO 中形成的固态溶液，它们有较好的热化学、电化学稳定性和一定的机械强度，用 SPE 组装的锂（离子）电池会有安全性能好、能量密度高、使用寿命长等优点。但是，SPE 的原型（PEO＋锂盐）在室温下是部分晶化的，而载流子只能在其无定形区域运动，因此 SPE 的原型只有很低的电导率，不能投入实际应用。研究人员对 SPE 的原型作了各种各样的改良，如掺入少量有机溶剂或陶瓷粉末、改变高聚物的组成和结构、采用混合锂盐或具有大体积阴离子的锂盐等，目的都是降低结晶度，提高电导率。其中，掺杂陶瓷纳米粒子形成复合固体聚合物电解质（CSPE）是一种有效的方法，可以同时增强 SPE 的电导率、锂离子迁移率、机械强度、热化学和电化学稳定性。由于这一研究领域涉及到高分子科学、纳米科学、电化学等多门学科，所以它不仅有广阔的应用前景，而且有重要的基础研究意义。 作者追踪这一国际前沿课题，用“溶胶－凝胶”方法和水热法合成了 ZnO、SnO2和 Sb2O5 纳米粒子，掺入 PEO－LiClO4 导电膜，使其室温电导率有大约两个数量级的提高。对于含有表面用醋酸根修饰的 ZnO 的体系，红外光谱的分析证明复合膜中形成的 PEO－Li+－Ac－（ZnO）桥键使 ZnO 成为聚合物交联的中心，从而降低了体系的结晶度，提高了样品的电导率。对于 SnO2掺杂的体系，作者发现在导电过程中起积极作用的不是 SnO2表面的羟基，而是表面的氧缺陷，即 Lewis 酸中心。这些 Lewis 酸一方面与 PEO 链段配位抑制其晶化，另一方面与高氯酸根配位促使 LiClO4离解，使整个体系有更多的载流子和更大的无定形区域供载流子运动。为了研究复合电解质电导率与所掺杂粒子的尺寸、形貌之间的关系，作者首次合成了 Sb2O5纳米粒子并且控制了它们的大小和形貌，制备了具有长期稳定性的导电 116<WP=123>摘要 吉林大学博士学位论文膜。在这个体系中， “偶极－偶极”作用模型比路易斯酸碱作用模型能更合理地说明导电增强的现象。 但是，Lewis 酸碱相互作用和“偶极－偶极”相互作用都只能从动力学上抑止聚合物的晶化，纳米粒子掺杂的聚合物电解质在热力学上处于亚稳态，尽管复杂的热处理可以增强其稳定性，这类电解质的电导率最终会随着时间的推移缓慢下降，这样就限制了这类材料的实际应用。为此，作者设想如果 PEO 低聚物能够通过化学反应修饰到纳米氧化物的表面，那么这种“低聚物－纳米粒子”复合材料应当兼备有机溶剂和无机纳米粒子两方面的功能，用它掺杂的聚合物电解质应该同时具备较高的电导率和长期的稳定性。实验证实了这个设想，而且，PEGME-SnO2 和 PGEME-ZnO 复合材料本身可以溶解锂盐而具备良好的离子导电性能，室温电导率超过 10－5 S/cm。这些“低聚物－纳米粒子”复合材料用作添加剂时，能够同时提高固体聚合物电解质的电导率、锂离子迁移率、电化学稳定性和机械性能。更重要的是，可以通过多种多样的化学手段调变聚合物纳米复合材料的组成和结构，使之具备优越的性能。例如，PGEME-ZnO 表现出新颖的光致发光和电致发光性质。 总而言之，纳米科学与高分子科学结合起来，会创造出许多奇迹。本文的研究就是通过掺杂、复合、杂化等手段，把纳米粒子与高分子材料组装成一类新材料，使之具备优越的光电性能。